- •Республики беларусь Высшее учебное учреждение «Командно-инженерный институт»
- •Методические указания к решению задач и контрольные задания по разделу «Процессы горения. Опасные факторы пожара»
- •Введение
- •Общие методические указания
- •Рекомендуемый порядок действий при решении задач
- •Примеры решения задач
- •1. Материальный баланс процессов горения
- •1.1. Расчет количества воздуха, необходимого для горения веществ Расчетные формулы
- •Примеры
- •Объем воздуха, израсходованного на горение 1 м3 аммиака, определим по формуле (1.7):
- •1.2. Расчет объема и состава продуктов горения Расчетные формулы
- •Здесь – теоретический объем продуктов горения;
- •Состав продуктов горения, т.Е. Содержание I-го компонента (% об.), определяется по формуле:
- •Примеры
- •2. Тепловой баланс процессов горения
- •2.1. Расчет теплоты сгорания веществ Расчетные формулы
- •Примеры
- •2.2. Расчет температуры горения
- •Примеры
- •6 Моль, 3 моля, 26,32 моля, ,
- •Концентрационные пределы воспламенения
- •Примеры
- •4. Температурные параметры пожарной опасности веществ
- •4.1 Расчет температурных пределов воспламенения
- •Примеры.
- •4.2. Расчет температур вспышки и воспламенения
- •Примеры
- •4.3. Расчет температуры самовоспламенения
- •Расчет температуры потухания
- •Примеры
- •4.5. Температура и давление взрыва при взрыве паровоздушных смесей
- •Примеры
- •Перечень контрольных задач
- •Приложение
- •Энтальпия (теплосодержание) газов при постоянном давлении
- •Энтальпия (теплосодержание) газов при постоянном давлении
- •Теплота образования и сгорания некоторых веществ
- •Показатели пожарной опасности некоторых газов
- •Показатели пожарной опасности некоторых жидкостей
- •Величины параметров k и l для вычисления
- •Давление насыщенных паров некоторых веществ, гПа
- •Продолжение таблицы 7
- •Температура самовоспламенения (к) некоторых предельных углеводородов
- •Температура самовоспламенения (к) некоторых предельных одноатомных спиртов в зависимости от средней длины углеродной цепи
- •Значение параметров для расчета минимальной флегматизирующей
- •Внутренняя энергия газов
- •Литература
- •Содержание
Расчет температуры потухания
Температура потухания определяется из соотношения:
, (4.16)
где температура потухания, К;
адиабатическая температура горения, К;
E – энергия активации химической реакции горения, кДж/моль;
R – универсальная газовая постоянная, (8,3·10 -3 кДж/(моль ·К)).
Для большинства углеродсодержащих горючих веществ температура потухания при нормальных условиях составляет 1200–1500 К.
Примеры
Пример 1. Рассчитать температуру потухания метана, если энергия активации реакции горения в воздухе составляет 117 кДж/моль.
Решение.
Для определения температуры потухания метана по формуле (4.16) необходимо знать его адиабатическую температуру горения, методика расчета которой изложена в гл. 2 (см. табл. 2.3).
Состав продуктов горения:
CH4 + 2O2 + 2·3,76N2 = CO2 + 2H2O + 2·3,76N2,
Низшая теплота сгорания метана равна 891,6 кДж/моль (табл. 3 приложения).
Средняя энтальпия продуктов горения:
Первая приближенная температура горения 2300 оС (табл. 1 приложения).
Теплосодержание продуктов горения при 2300 оС:
Так как выбираем температуру горения 2200 0С.
Теплосодержание продуктов горения при 2200 оС:
Так как определим линейной интерполяцией адиабатическую температуру горения метана в воздухе:
Рассчитываем температуру потухания по формуле (4.16):
Пример 2. Определить процентное содержание СО2 в стехиометрической смеси метана в воздухе, при которой достигается температура потухания, если энергия активации реакции горения составляет 117 кДж/моль.
Решение.
Определяем адиабатическую температуру горения метана, а затем температуру потухания (см. пример 1). Т*г =2509 К, Тпот=1180 К.
Уравнение теплового баланса (формула 2.10) для случая горения смеси с флегматизатором можно записать:
, (4.17)
где теплоемкость флегматизатора при температуре потухания, кДж/(моль.К); кДж/(м3·К);
объем флегматизатора , кмоль, м3.
Из (4.13) определим необходимый объем флегматизатора:
. (4.18)
Величина представляет собой теплосодержание i-го продукта горения при температуре потухания, т.е. (табл. 1 и 2 приложения). Тогда формулу (4.14) можно представить в виде:
. (4.19)
Искомую концентрацию флегматизатора определим по формуле:
, (4.20)
где концентрация флегматизатора в смеси, % об.;
объем горючего в смеси, кмоль, м3;
теоретический объем воздуха, кмоль, м3;
Используя данные примера 1 по формуле (4.19) с помощью табл. 1 приложения получим:
Из уравнения химической реакции горения (см. пример 1) следует, что:
По формуле (4.15) находим искомую огнетушащую концентрацию флегматизатора:
4.5. Температура и давление взрыва при взрыве паровоздушных смесей
Исходная горючая смесь, состоящая из горючих веществ и воздуха, обладает запасом энергии – теплотой взрыва.
Теплота взрыва есть сумма низшей теплоты сгорания горючих веществ и внутренней энергии взрывчатой смеси:
, (5.1)
где R – универсальная газовая постоянная, 8,3·10-3 кДж/(моль·К);
То – начальная температура смеси, К;
разность молей продуктов горения и исходной смеси.
Выделившаяся теплота взрыва расходуется только на нагрев продуктов горения. Поэтому теплоту взрыва можно выразить как сумму внутренних энергий продуктов взрыва:
, (5.2)
где число молей каждого компонента продуктов горения (определенное из уравнения реакции горения с учетом сгоревших веществ);
- внутренняя энергия взрыва i-го продукта горения при температуре взрыва (Дж/моль), значение которой приведены в табл. 12 приложения.
Расчет температуры взрыва ведется методом последовательных приближений, аналогично расчету температуры горения.
Давление при взрыве паровоздушных смесей можно определить по формуле:
кПа,
где начальное давление смеси, кПа;
начальная температура смеси, К;
сумма молей продуктов горения;
сумма молей продуктов исходной горючей смеси.